談堆載與真空聯(lián)合堆載法加固濕軟土路基

鄭 丹 林 嬌 梁栓柱 孫璟玥

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

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談堆載與真空聯(lián)合堆載法加固濕軟土路基

鄭 丹 林 嬌 梁栓柱 孫璟玥

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

在介紹堆載預(yù)壓法的原理與施工的基礎(chǔ)上，對(duì)真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法的原理作了分析，闡述了其具體的施工過(guò)程，并結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行了說(shuō)明，得出了一些有參考價(jià)值的結(jié)論。

堆載預(yù)壓法，真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法，原理，路基

0 引言

瑞典皇家地質(zhì)學(xué)家W.Kjellman教授于1952年首次提出真空預(yù)壓法加固地基的模型，目前真空堆載加固軟基模型與其原理基本相同，當(dāng)時(shí)此方法的提出引起很大的轟動(dòng)。1957年美國(guó)費(fèi)城國(guó)際機(jī)場(chǎng)跑道工程首次采用真空堆載預(yù)壓法，并取得了成功。1982年日本大阪南港在第二階段加固也采用真空預(yù)壓法，取得了較好的加固效果。其后芬蘭，法國(guó)，前蘇聯(lián)相繼開(kāi)展了真空預(yù)壓法的研究。真空預(yù)壓法國(guó)內(nèi)起步較晚，前期只是理論研究未能應(yīng)用于工程實(shí)例。直到20世紀(jì)80年代，以交通部第一航務(wù)工程局為主，天津大學(xué)、南京水利科學(xué)院土工所參加的聯(lián)合公關(guān)小組，成功的解決了水氣分離問(wèn)題，使膜下真空度穩(wěn)定530 mm汞柱。同時(shí)章丹峰和孫蓮美對(duì)真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法加固軟基的工程效果和施工特點(diǎn)進(jìn)行了分析和研究；周斌的軟土地基的沉降特征分析及MMF模型的應(yīng)用等都為堆載與真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法提供了很好的研究基礎(chǔ)。使堆載預(yù)壓法與真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法在國(guó)內(nèi)取得了很大的進(jìn)步，如今我國(guó)在這一領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位。

1 堆載預(yù)壓法的原理與施工

堆載和真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法都屬于排水固結(jié)法。排水固結(jié)法和其他濕軟土路基處理方法如深層攪拌樁等相比，是從根本上解決濕軟土路基不穩(wěn)的方法，因此應(yīng)用也最廣泛。排水固結(jié)法基本原理是去除三相體土中的孔隙水壓力和孔隙氣體壓力，增加豎向有效應(yīng)力，從而提高軟土路基的抗剪強(qiáng)度，保證濕軟土路基的穩(wěn)定性。

堆載預(yù)壓法常用的預(yù)壓力材料有土料，塊石，砂料，水等填料。為保證濕軟土有較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，需施加較大的預(yù)壓力，常達(dá)到超載預(yù)加，由于施加預(yù)壓力過(guò)程會(huì)產(chǎn)生附加剪應(yīng)力，導(dǎo)致路基土變形，產(chǎn)生側(cè)向位移，擠壓兩旁濕軟土，導(dǎo)致路基失穩(wěn)破壞。

為了防止超載預(yù)壓力壓壞路基，常采用分級(jí)加載。同時(shí)為了保證濕軟土徹底排除孔隙水，充分提升濕軟土強(qiáng)度，分級(jí)加載施工時(shí)間不宜過(guò)短，通常為6個(gè)月～12個(gè)月。

施加預(yù)壓力時(shí)濕軟土路基會(huì)排除大量孔隙水，其力學(xué)機(jī)理可用Terzaghi有效應(yīng)力原理和固結(jié)理論進(jìn)行解釋：堆載預(yù)壓荷載起初由孔隙水承擔(dān)，使土體內(nèi)產(chǎn)生超孔隙水壓，促使孔隙水流出。隨著孔隙水的流出，土體間的有效應(yīng)力會(huì)增大，為了使孔隙水能快速排出，加快濕軟土的固結(jié)，需在路基中埋設(shè)一定的砂井和塑料排水板。排水的工程效果由堆載預(yù)壓力大小和砂井、塑料排水板的多少?zèng)Q定(見(jiàn)圖1)。

2 真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法的原理與施工

真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法的堆載原理與堆載預(yù)壓法相同，唯一不同之處就在于真空預(yù)壓，實(shí)則就是利用真空泵把密封薄膜內(nèi)的孔隙水和孔隙氣體抽出，從而具有真空預(yù)壓和堆載預(yù)壓的雙重功效。

真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法常用的材料與堆載預(yù)壓法除了真空泵和塑料薄膜外基本相同。真空預(yù)壓利用砂墊層和密封薄膜內(nèi)的負(fù)壓強(qiáng)差排除孔隙水，負(fù)壓差引導(dǎo)孔隙水滲流，減小孔隙水壓力，從而增大路基的有效應(yīng)力。薄膜中土體不會(huì)產(chǎn)生側(cè)向位移，相反會(huì)向薄膜內(nèi)土體集聚縮小。因?yàn)榕c堆載預(yù)壓法相比，真空—堆載預(yù)壓法在此過(guò)程不產(chǎn)生剪應(yīng)力，濕軟土抗剪強(qiáng)度為定值，抗剪強(qiáng)度由孔隙水壓力和土的有效應(yīng)力組成，孔隙水壓力減小，相應(yīng)的土的有效應(yīng)力增大，由此提高土的抗剪強(qiáng)度，不產(chǎn)生剪切應(yīng)力，也就不會(huì)引起側(cè)向向外位移。

真空—堆載預(yù)壓的施工過(guò)程：在濕軟土路基中預(yù)埋設(shè)好橫向和豎向排水裝置，然后在路基上鋪設(shè)一層砂墊層，用厚塑料薄膜把濕軟土和砂墊層密封好，在密封薄膜上進(jìn)行重物堆載，堆載完成后真空泵進(jìn)行密封土體空氣抽空。施工流程中要注意四步：

1)設(shè)置排水裝置，鋪設(shè)砂墊層橫向PVC濾水管和軟基內(nèi)豎向排水通道；

2)塑料薄膜要密封且抗扎，抗老化能力強(qiáng)；

3)通常真空泵在塑料薄膜內(nèi)產(chǎn)生的壓強(qiáng)差為80 kPa左右；

4)設(shè)置一套保證能按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工的檢測(cè)系統(tǒng)。但總體研究理論計(jì)算仍落后于工程實(shí)際施工，部分問(wèn)題尚未解決，仍需進(jìn)一步研究(見(jiàn)圖2)。

3 堆載預(yù)壓法和真空一堆載聯(lián)合預(yù)壓法應(yīng)用事例

廣賀高速公路某標(biāo)段修筑在深厚軟弱土層上，進(jìn)行真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法施工。首先對(duì)軟弱土層的土質(zhì)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。主要物理參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法試驗(yàn)段土層主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

由表1得出此路段淤泥厚度達(dá)到24 m之厚，其次是粉土夾細(xì)砂，耕植土。所以該路段主要的病害土是淤泥，而淤泥的壓縮系數(shù)很大固結(jié)系數(shù)卻很小，據(jù)此確定真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓的時(shí)間和真空負(fù)壓的大小。在此實(shí)驗(yàn)中采用100 kPa,聯(lián)合堆載預(yù)壓時(shí)間為24 h，對(duì)實(shí)驗(yàn)路段進(jìn)行跟蹤調(diào)查，各項(xiàng)沉降參數(shù)見(jiàn)表2。通過(guò)水平位移深度變化曲線可知隨著深度的增加，向內(nèi)位移也越來(lái)越小，地基不可能失穩(wěn)破壞。路基工后沉降量很小，路面的平整度高，不會(huì)影響行車。

位于廈門(mén)港海滄港區(qū)泊位后方陸域，陸域地區(qū)的吹泥區(qū)表層主要是浮泥，淤泥，層厚度為0 m～12 m不等，含水率70%～167%，屬于超軟弱土，壓縮性大，強(qiáng)度和承載能力低。施工共分為四個(gè)施工區(qū)域，均采用真空堆載預(yù)壓法。場(chǎng)地的設(shè)計(jì)指標(biāo)：控制承載力130 kPa，殘余變形30 cm。根據(jù)兩項(xiàng)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)真空壓力值和相關(guān)堆載壓力值。

表2 真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法施工期和工后分類沉降

真空預(yù)壓堆載施工工藝：

1)真空預(yù)壓：砂石路面鋪設(shè)無(wú)紡布，無(wú)紡布上方鋪設(shè)密封的一次熱合成的塑料薄膜，真空度測(cè)量表放在無(wú)紡布和塑料薄膜之間，進(jìn)行真空度的測(cè)量直到表上數(shù)值達(dá)到80 kPa停止真空。

2)堆載預(yù)壓：真空測(cè)量表達(dá)到80 kPa數(shù)值10 d后，開(kāi)始在膜上堆載2 m厚的砂石或開(kāi)山礦石，進(jìn)行真空聯(lián)合堆載預(yù)壓軟土地基。

4 結(jié)語(yǔ)

1)堆載預(yù)壓法在加固過(guò)程產(chǎn)生剪應(yīng)力，有側(cè)向向外的位移。真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法無(wú)附加剪應(yīng)力產(chǎn)生，側(cè)向土體向內(nèi)集聚壓縮，但二者加固效果是相近的。

2)堆載預(yù)壓法和真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法施工都需進(jìn)行堆載的分級(jí)加載，以免導(dǎo)致濕軟土路基失穩(wěn)。

3)堆載預(yù)壓法和真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法與樁基相比，費(fèi)用低廉，施工設(shè)備簡(jiǎn)單，充分利用天然材料；與攪拌樁等復(fù)合樁相比，施工質(zhì)量容易檢測(cè)，路基均勻性好，處理深度大，對(duì)環(huán)境幾乎沒(méi)有影響。

4)堆載預(yù)壓法和真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法都存在不等厚濕軟土路基應(yīng)用中的不足，比如不等厚(楔形)路基容易發(fā)生刺入破壞，工后處理手段值得進(jìn)一步分析。

[1]章丹峰,鄧 浩,楊 彬.堆載預(yù)壓法加固軟基效果評(píng)價(jià)與測(cè)試分析[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2006，2(8)：1399-1402.

[2]孫蓮美，劉吉福.對(duì)真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法的若干認(rèn)識(shí)[J].西部探礦工程，2004，92(1)：51-53.

[3]周 斌.軟土地基沉降特征分析及MMF模型的應(yīng)用[J].路基工程,2012(164)：177-179.

[4]熊 熙.真空聯(lián)合堆載預(yù)壓與堆載預(yù)壓軟土地基加固對(duì)比研究[J].路基工程,2012(162):53-56.

[5]黃偉達(dá).大面積堆載下不等厚(楔形)軟基的變形性狀分析[J].路基工程,2012(164)：64-66.

[6]韓 柞.軟土地基處理中深層攪拌樁影響因素研究.路基工程,2012(164)：108-110.

Discussion on the preloading and vacuum-surcharge preloading method consolidation of wet and soft sub-grade

Zheng Dan Lin Jiao Liang Shuanzhu Sun Jingyue

(CivilEngineeringCollege,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

Based on introduction of principle and construction of preloading method, this paper analyzed the principle of vacuum-surcharge preloading method, elaborated its specific construction process, and combining with the engineering examples, obtained some valuable conclusions.

preloading method, vacuum-surcharge preloading method, principle, sub-grade

1009-6825(2015)18-0085-02

2015-04-12

鄭 丹(1993- )，女，在讀本科生； 林 嬌(1995- )，女，在讀本科生； 梁栓柱(1993- )，男，在讀本科生； 孫璟玥(1994- )，女，在讀本科生

U416.1

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